第三章土的压缩性和地基沉降计算.

第3章土的压缩性与地基沉降计算•§3.1土的变形特性•§3.2有效应力原理•§3.3侧限条件下土的压缩性•§3.4土的压缩性原位测试•§3.5地基中的应力分布•§3.6地基的最终沉降量•§3.7应力历史对地基沉降的影响•§3.8地基沉降与时间的关系主要内容第3章土的压缩性与地基沉降计算本章重点地基中的自重应力与基底压力分布与计算，有效应力原理，土的侧限压缩性变形指标，地基沉降计算的单向分层总和法与规范法，太沙基固结理论。本章难点地基沉降计算的单向分层总和法与规范法，太沙基固结理论的推导。3.1土的变形特性第3章土的压缩性与地基沉降计算3.1.1基本概念1.土的压缩性大2.地基土产生压缩的原因1）外因：①建筑荷载作用；②地下水大幅度下降，相当于施加大面积荷载σ=（γ-γ′）h（h是水位下降值）；③欠固结土在自重应力的作用下的压缩。3.1土的变形特性第3章土的压缩性与地基沉降计算3.1.1基本概念1.土的压缩性大2.地基土产生压缩的原因2）内因：压缩量的组成固体颗粒的压缩土中水的压缩空气的排出水的排出占总压缩量的1/400不到，忽略不计压缩量主要组成部分说明：土的压缩主要是土的孔隙体积减小的结果。3.1土的变形特性第3章土的压缩性与地基沉降计算3.1.1基本概念1.土的压缩性大2.地基土产生压缩的原因无粘性土粘性土透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成透水性差，水不易排出压缩稳定需要很长一段时间3.饱和土体压缩过程土的渗透固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程3.1土的变形特性第3章土的压缩性与地基沉降计算3.1.2土的应力应变关系1.土体中的应力1）应力的基本概念①6个应力分量②法向应力的正负材料力学中的法向应力以拉压力为正，压应力为负；土力学正好相反，以压应力为正，拉应力为负。③剪应力的正负材料力学中的剪应力以顺时针为正；土力学正好相反，以逆时针为正。xyxyyzzxz3.1土的变形特性第3章土的压缩性与地基沉降计算3.1.2土的应力应变关系1.土体中的应力1）应力的基本概念2）材料的性质3）水平地层中的自重应力czcxyzxo①竖直自重应力：zcz②水平方向法向应力：czcxK0z③此微体单元体上的剪应力：0zxyzxy3.1土的变形特性第3章土的压缩性与地基沉降计算3.1.2土的应力应变关系1.土体中的应力1）应力的基本概念2）材料的性质3）水平地层中的自重应力4）主应力在剪应力τ=0平面上的法向应力称为主应力σ3.1土的变形特性第3章土的压缩性与地基沉降计算3.1.2土的应力应变关系1.土体中的应力1）应力的基本概念2）材料的性质3）水平地层中的自重应力4）主应力5）莫尔圆O131/2(1+3)3.1土的变形特性第3章土的压缩性与地基沉降计算3.1.2土的应力应变关系1.土体中的应力2.土的应力与应变关系及测定方法①单轴压缩试验②侧限压缩试验③直剪试验④三轴压缩试验三联固结仪3.2有效应力原理第3章土的压缩性与地基沉降计算3.2.1土中的两种应力试验h甲乙甲乙松砂顶面都作用了压力，甲中土的e减小，乙中土的e不变，这说明土中存在两种不同性质的应力。1）有效应力—由钢球施加应力，通过砂土骨架传递应力的部分称为有效应力，常用来表示。能使土层发生压缩变形，并使土的强度变化。2）孔隙水压力—由水施加应力通过孔隙中水来传递，常用u来表示。这种力不能使土层发生压缩。3.2有效应力原理第3章土的压缩性与地基沉降计算3.2.2有效应力原理h甲乙uu3.2有效应力原理第3章土的压缩性与地基沉降计算3.2.3现场试验实例21hhsatw)(21hhhuwAw22121)(hhhhhuwsatw作用在A点的竖向总应力为：A点的孔隙水压力由测压管量得水位高为hA，可得：由有效应力原理可得A点的有效应力为：水面地面Ah1h2hAsatw3.2有效应力原理第3章土的压缩性与地基沉降计算3.2.3现场试验实例作用在A点的竖向总应力为：A点的孔隙水压力为：由有效应力原理可得A点的有效应力为：水面地面Ah1h2sat21hhsat2121221)(hhhhhhhuwsatwsat2huw3.3侧限条件下土的压缩性第3章土压缩性与地基沉降计算3.3.1侧限压缩试验刚性护环加压活塞透水石环刀底座透水石土样荷载1.试验仪器注意：土样在竖直压力作用下，由于环刀和刚性护环的限制，只产生竖向压缩，不产生侧向变形3.3侧限条件下土的压缩性第3章土压缩性与地基沉降计算3.3.1侧限压缩试验2.试验方法Vv＝e0Vs＝1h0/(1+e0)h0Vv＝eVs＝1h1/(1+e)σh1s土样在压缩前后变形量为s，整个过程中土粒体积和底面积不变eheh11100土粒高度在受压前后不变)1(000ehsee整理1)1(000wswGe＝其中3.3侧限条件下土的压缩性第3章土压缩性与地基沉降计算3.3.1侧限压缩试验3.试验结果根据不同压力作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制e-曲线，为压缩曲线e0e1e1e-曲线2e43e24e33.3侧限条件下土的压缩性第3章土压缩性与地基沉降计算3.3.2侧限压缩性指标1.土的压缩系数a土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增量的比值。12e1e2M1M2e0ee-p曲线△△e1221eeea＝斜率《规范》用1＝100kPa、2＝200kPa对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性低压缩性中压缩性高压缩性121/MPaa图3.8土的压缩性标准0.10.53.3侧限条件下土的压缩性第3章土压缩性与地基沉降计算3.3.2侧限压缩性指标2.压缩指标CCe-log曲线后段直线段的斜率。10010000.60.70.80.9elge～曲线缺点：压力区间较小。特点：有一段较长的直线段。无量纲）(lg-lg-lg-12211221eeeeCc3.3侧限条件下土的压缩性第3章土压缩性与地基沉降计算3.3.2侧限压缩性指标3.土的压缩模量Es（侧限）压缩模量指土在侧限压缩条件下竖向附加压应力增量与应变增量之比，单位为MPa。12e1e2M1M2e0ee-p曲线△△e12压应力增量：121hhhz竖向应变为：11212hhhEzs3.3侧限条件下土的压缩性第3章土压缩性与地基沉降计算3.3.2侧限压缩性指标4.侧限压缩模量与压缩系数的关系Vv＝e1Vs＝1h1=1+e1Vv＝e2Vs＝1h2=1+e21211211eeehhhz竖向应变为：aeeeeEzs1121121)1(△h3.3侧限条件下土的压缩性第3章土压缩性与地基沉降计算3.3.3土层侧限压缩变形量Vv＝e1Vs＝1h1=1+e1Vv＝e2Vs＝1h2=1+e2△h11212hhhEzs111221hEhEhhhss压缩模量为：3.3侧限条件下土的压缩性第3章土压缩性与地基沉降计算3.3.3土层侧限压缩变形量Vv＝e1Vs＝1h1=1+e1Vv＝e2Vs＝1h2=1+e2△h111heah1hEhsaeEs113.3侧限条件下土的压缩性第3章土压缩性与地基沉降计算3.3.3土层侧限压缩变形量Vv＝e1Vs＝1h1=1+e1Vv＝e2Vs＝1h2=1+e2△h1121211heeehhh1211211eeehhhz竖向应变为：3.3侧限条件下土的压缩性第3章土压缩性与地基沉降计算3.3.3土层侧限压缩变形量Vv＝e1Vs＝1h1=1+e1Vv＝e2Vs＝1h2=1+e2△h11211heeeh竖向变形量为：111heah1hEhs3.3本节小结第3章土压缩性与地基沉降计算（3）土层侧限压缩变形量（2）侧限压缩性指标（1）侧限压缩试验1221eea①压缩系数②压缩指数③压缩模量lg-lg-1221eeCc11212hhhEzs11211heeeh111heah1hEhs3.3本节习题第3章土压缩性与地基沉降计算1.在下列压缩性指标中，数值越大，压缩性越小的指标是：（）（A）压缩模量；（B）压缩指数；（C）压缩系数；（D）孔隙比4.某厚度为10m的饱和粘土层，初始孔隙比e0＝1，压缩系数a＝0.2MPa-1，在大面积荷载p0＝100kPa作用下，该土层最终沉降量为：（A）10mm;（B）20mm;（C）100mm;（D）200mm3.土体压缩变形的实质是:()(A)土中水的压缩;(B)土中气的压缩;(C)土粒的压缩(D)孔隙体积的减小2.土的压缩系数越小，表示（）(A)土的压缩性越高；(B)土的压缩性越低；(C)e-p曲线越陡；(D)e-lgp曲线越陡。3.4土的压缩性原位测试第3章土压缩性与地基沉降计算3.4.1荷载试验荷载试验3.4土的压缩性原位测试第3章土压缩性与地基沉降计算3.4.1荷载试验千斤顶百分表砂袋支墩钢管人工挖孔桩承压板轨道钢简易深层平板荷载试验装置3.4土的压缩性原位测试第3章土压缩性与地基沉降计算3.4.1荷载试验upsabp)(0ppcrOOa段荷载较小，呈直线，压密阶段；ab段局部破坏阶段；bc段陡降，破坏阶段；csBpE0201变形模量E0土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。ω-形状系数：刚性方形荷板ω=0.88，刚性圆形荷板ω=0.79；B-矩形荷载的短边或圆形荷载的直径，cm。μ-泊松比，是土的侧向应变与竖向应变之比的绝对值。3.4土的压缩性原位测试第3章土压缩性与地基沉降计算3.4.1荷载试验upsabp)(0ppcrOOa段荷载较小，呈直线，压密阶段；ab段局部破坏阶段；bc段陡降，破坏阶段；c变形模量E0-12120ssEEE思考题：两个性质相同的土样，现场载荷试验得到变形模量E0和室内压缩试验得到压缩模量ES之间存在的相对关系是：(A)E0=ES;(B)E0＞ES;(C)E0≥ES;(D)E0＜ES3.5地基中的应力分布第3章土压缩性与地基沉降计算3.5.1土层自重应力1.定义在未修建筑物之前，由土体本身自重引起的应力，记为c2.计算方法土体中任意深度处的竖向自重应力等于单位面积上土柱的有效重量天然地面czcxcy11zzKzAzAAWcycxcz①均质土W3.5地基中的应力分布第3章土压缩性与地基沉降计算3.5.1土层自重应力2.计算方法iniinnczhhhh12211说明：1.地下水位以上土层采用天然重度γ，地下水位以下土层采用浮重度γ′。2.非均质土中自重应力沿深度呈折线分布天然地面h1h2h3321水位面1h11h1+2h21h1+2h2+3h3②成层土3.5地基中的应力分布第3章土压缩性与地基沉降计算3.5.1土层自重应力2.计算方法【例】一地基由多层土组成，地质剖面如下图所示，试计算并绘制自重应力σcz沿深度的分布图3.5地基中的应力分布第3章土压缩性与地基沉降计算3.5.1土层自重应力2.计算方法【例】一地基由多层土组成，地质剖面如下图所示，试计算并绘制自重应力σcz沿深度的分布图iniinnczhhhh12211KPacz573191KPacz1.802.25.10572KPacz1.1035.22.91.801-3KPacz1.1507.4101.1032-3